1972–1977 m. Valstybiniame dailės institute (dab. Vilniaus dailės akademija) studijavo meno istoriją ir teoriją, 1978–1981 m. Statybos ir architektūros MTI aspirantūroje.
1984 m. Sąjunginiame menotyros institute Maskvoje apgynė menotyros kandidato disertaciją „Lietuvos architektūros stilistinė raida 1820–1920 m.“ (1993 m. nostrifikuota, patvirtinant humanitarinių mokslų daktaro laipsnį).
1977–1978 m. ir 1982–1983 m. Lietuvos statybos ir architektūros MTI Architektūros istorijos sektoriaus jaunesnioji mokslo darbuotoja. 1983–2001 m. Architektūros ir statybos instituto to paties sektoriaus vyr. mokslo darbuotoja. Nuo 1996 m. dėsto Vytauto Didžiojo universiteto (VDU) Menų fakultete. 1996–1998 m. VDU Menų instituto Menotyros katedros vyr. asistentė, nuo 1998 m. vyresnioji mokslo darbuotoja, nuo 2003 m. docentė, nuo 2006 m. profesorė, vyriausioji mokslo darbuotoja.
Lietuvos dailininkų sąjungos (nuo 1990 m.), LR Kultūros paveldo departamento architektūros, istorinės-meninės raidos ekspertė (nuo 1990 m.), ICOMOS Lietuvos nacionalinio komiteto narė (nuo 1993 m.), Lietuvos dailės istorikų draugijos narė (nuo 1995 m.), Kauno arkivyskupijos bažnytinio meno komisijos narė (nuo 2002 m.), Lietuvos valstybinio mokslo ir studijų fondo ekspertė (nuo 2003 m.), Lietuvos mokslo tarybos ekspertė (nuo 2005 m.). Nacionalinės kultūros ir meno premijos laureatė (2006 m.).
Pastaraisiais metais prof. N.Lukšionytė dėstė Vytauto Didžiojo universiteto Menų institute. Eilę metų ji dirbo kaip šio universiteto profesorė ir vyriausioji mokslo darbuotoja.
